第七章反馈放大器ppt课件.ppt

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1、2022年11月28日9时6分,7 反馈放大电路,7.1 反馈的基本概念与分类,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,7.4 负反馈对放大电路性能的影响,7.5 深度负反馈条件下的近似计算,7.2 负反馈放大电路的四种组态,7.6 负反馈放大电路设计,7.7 负反馈放大电路的频率响应,7.8 负反馈放大电路的稳定性,2022年11月28日9时6分,7.1 反馈的基本概念与分类,7.1.2 直流反馈与交流反馈,7.1.3 正反馈与负反馈,7.1.4 串联反馈与并联反馈,7.1.1 什么是反馈,7.1.5 电压反馈与电流反馈,2022年11月28日9时6分,7.1.1 什么是反馈,电子电路输出量

2、的一部分或全部通过一定的方式引回到输入回路，影响输入量，称为反馈。,要研究哪些问题？,反馈放大电路可用方框图表示。,2022年11月28日9时6分,输出信号,反馈放大电路的输入信号,反馈信号,基本放大电路的输入信号（净输入信号）,7.1.1 什么是反馈,框图,反馈通路信号反向传输的渠道,开环 无反馈通路,闭环 有反馈通路,反馈系数 xF / xO,2022年11月28日9时6分,例7.1.1 判断电路是否存在反馈通路,7.1.1 什么是反馈,反馈通路（本级）,反馈通路（本级）,反馈通路（级间）,没有反馈回路,2022年11月28日9时6分,P.328 例7.1.2,7.1.2 直流反馈与交流反

3、馈,直流反馈：存在于直流通路中的反馈。交流反馈：存在于交流通路中的反馈。,根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。可以分别画出直流通路和交流通路来判断。,2022年11月28日9时6分,7.1.2 直流反馈与交流反馈,(a)直流通路 (b)交流通路,本书主要讨论交流反馈的情况。,直流反馈,直流反馈,交流反馈,所以，Rf1、Rf2为直流负反馈，Re1为交、直流负反馈。,2022年11月28日9时6分,7.1.3 正反馈与负反馈,正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。,负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。,从输出端看,从输入端看,正反馈：引入反馈后，使净输

4、入量变大了。,负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。,净输入量可以是电压，也可以是电流。,2022年11月28日9时6分,7.1.3 正反馈与负反馈,判别方法：瞬时极性法。,具体做法： 先假设输入信号在某一瞬时变化的极性为正（相对于共同端而言），用（+）号标出，并设信号的频率在放大电路的通带内，然后根据各种基本放大电路的输出信号与输入信号间的相位关系，从输入到输出逐级标出放大电路中各有关点电位的瞬时极性，最后判断反馈信号是削弱还是增强了净输入信号，如果是削弱，则为负反馈，反之则为正反馈。,2022年11月28日9时6分,例,(+),(+),(-),(-),(-),净输入量减小,(+),(+),

5、(-),(-),净输入量增大,负反馈,正反馈,反馈通路,反馈通路,级间反馈通路,(+),(+),(+),(+),(-),(-),净输入量减小,级间负反馈,2022年11月28日9时6分,级间反馈通路,净输入量减小,级间负反馈,7.1.3 正反馈与负反馈,2022年11月28日9时6分,7.1.3 正反馈与负反馈,反馈通路,净输入量减小,本级负反馈,P.330 例7.1.3,2022年11月28日9时6分,7.1.4 串联反馈与并联反馈,由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定,串联,串联：反馈量与输入量接于不同输入端。输入以电压形式求和（KVL） -vi+vid+vf=0 即 vid=vi-

6、vf,并联：反馈量与输入量接于同一输入端。输入以电流形式求和（KCL） ii-iid-if=0 即 iid=ii-if,并联,2022年11月28日9时6分,判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈,7.1.4 串联反馈与并联反馈,并联反馈,级间反馈通路,xf (if),2022年11月28日9时6分,判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈,7.1.4 串联反馈与并联反馈,串联反馈,级间反馈通路,xf (vf),2022年11月28日9时6分,（a）电压反馈（b）电流反馈,7.1.5 电压反馈与电流反馈,电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定,电压反馈：反馈信

7、号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio,并联结构,串联结构,2022年11月28日9时6分,7.1.5 电压反馈与电流反馈,电压负反馈,RL,电压负反馈稳定输出电压,xf=Fvo ， xid= xixf,2022年11月28日9时6分,7.1.5 电压反馈与电流反馈,电流负反馈,RL ,电流负反馈稳定输出电流,xf=Fio ， xid= xixf,2022年11月28日9时6分,7.1.5 电压反馈与电流反馈,判断方法：负载短路法,将负载短路，反馈量仍然存在电流反馈。,将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零电压反馈。,电压反馈,电

8、流反馈,反馈通路,反馈通路,2022年11月28日9时6分,7.1.5 电压反馈与电流反馈,电压反馈,反馈通路,P.333 例7.1.5,2022年11月28日9时6分,7.2 负反馈放大电路的四种组态,7.2.2 电压并联负反馈放大电路,7.2.3 电流串联负反馈放大电路,7.2.4 电流并联负反馈放大电路,7.2.1 电压串联负反馈放大电路,反馈组态判断举例（交流）,信号源对反馈效果的影响,2022年11月28日9时6分,负反馈放大电路,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,从输出端看,从输入端看,7.2 负反馈放大电路的四种组态,电流：将负载短路，反馈量仍然存在

9、。,电压：将负载短路，反馈量为零。,2022年11月28日9时6分,7.2.1 电压串联负反馈放大电路,输入以电压形式求和（KVL）： vid=vi- vf,稳定输出电压,特点：,电压控制的电压源,2022年11月28日9时6分,7.2.2 电压并联负反馈放大电路,输入以电流形式求和（KCL）： iid=ii-if,稳定输出电压,电流控制的电压源,特点：,2022年11月28日9时6分,7.2.3 电流串联负反馈放大电路,输入以电压形式求和（KVL）： vid=vi- vf,稳定输出电流,电压控制的电流源,特点：,2022年11月28日9时6分,7.2.4 电流并联负反馈放大电路,输入以电流形

10、式求和（KCL）： iid=ii-if,稳定输出电流,电流控制的电流源,特点：,2022年11月28日9时6分,电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性,串联反馈：输入端电压求和（KVL）,电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性,并联反馈：输入端电流求和（KCL）,特点小结：,2022年11月28日9时6分,反馈组态判断举例（交流）,(+),(-),(+),(+),级间电压串联负反馈,(+),例7.2.1 图（a）,2022年11月28日9时6分,反馈组态判断举例（交流）,电压并联负反馈,例7.2.1 图（b）,2022年11月28日9时6分,直流反馈,交、直流反馈,反馈组态判断举例（交流）,(

11、+),(+),(-),(+),(+),(+),电流串联负反馈,2022年11月28日9时6分,(1)引入电压串联负反馈,解：,求:,练习（习题7.2.4）,(+),(+),(),(),(),正反馈,2022年11月28日9时6分,(1)引入电压串联负反馈,解：,求:,(+),(+),(+),(+),(+),电压串联负反馈,练习,2022年11月28日9时6分,(2)引入电压并联负反馈,解：,求:,(+),(+),(+),(+),(+),正反馈,练习,2022年11月28日9时6分,解：,求:,(+),(+),(),(),(),电压并联负反馈,(2)引入电压并联负反馈,练习,2022年11月28

12、日9时6分,(3)引入电流串联负反馈,解：,求:,(+),(+),(),(+),(+),电流串联负反馈,练习,2022年11月28日9时6分,(4)引入电流并联负反馈,解：,求:,(+),(+),(+),(),(),电流并联负反馈,练习,2022年11月28日9时6分,串联负反馈,信号源对反馈效果的影响,vID = vI -vF,则vI最好为恒压源，即信号源内阻RS越小越好。,要想反馈效果明显，就要求vF变化能有效引起vID的变化。,2022年11月28日9时6分,信号源对反馈效果的影响,并联负反馈,iID = iI -iF,则iI最好为恒流源，即信号源内阻RS越大越好。,要想反馈效果明显，就

13、要求iF变化能有效引起iID的变化。,2022年11月28日9时6分,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,1. 闭环增益的一般表达式,2. 反馈深度讨论,3. 环路增益,2022年11月28日9时6分,1. 闭环增益的一般表达式,开环增益,反馈系数,闭环增益,因为,所以,已知,闭环增益的一般表达式,即,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,2022年11月28日9时6分,负反馈放大电路中各种信号量的含义,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,由此可知，引入负反馈后，闭环增益减小为开环增益的,2022年11月28日9时6分,2. 反馈深度讨论,一般负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈

14、,自激振荡,一般情况下，A和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，Af、A和F分别用 、 和 表示。,即,7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式,2022年11月28日9时6分,7.4 负反馈对放大电路性能的影响,7.4.2 减小非线性失真,7.4.3 抑制反馈环内噪声,7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响,7.4.1 提高增益的稳定性,2022年11月28日9时6分,7.4.1 提高增益的稳定性,闭环时,对A求导得,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量比开环减小了1+AF,另一方面,在深度负反馈条件下,即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性

15、。,负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf 、Arf 、Agf 、Aif）,2022年11月28日9时6分,7.4.2 减小非线性失真,多级放大电路中输出级的输入信号幅度较大，在动态过程中，放大器件可能工作到它的传输特性的非线性区，因而使输出波形产生非线性失真。引入负反馈后，闭环增益减小，可使这种非线性失真减小，线性度变好。,负反馈只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。,1开环特性2闭环特性,2022年11月28日9时6分,7.4.3 抑制反馈环内噪声,比原有的信噪比提高了 倍,电压的信噪比,新的信噪比,电路对输入信号和噪声的增益都是AV1,

16、电路对输入信号的增益是对噪声的增益的AV2倍。,2022年11月28日9时6分,7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响,串联负反馈,1. 对输入电阻的影响,开环输入电阻 Ri=vid/ii,因为 vf=Fxo xo=Avid,闭环输入电阻 Rif=vi/ii,所以 vi=vid+vf=(1+AF )vid,闭环输入电阻 Rif=vi/ii,引入串联负反馈后，输入电阻增加了。,2022年11月28日9时6分,7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响,并联负反馈,1. 对输入电阻的影响,闭环输入电阻,引入并联负反馈后，输入电阻减小了。,注意: 反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。,20

17、22年11月28日9时6分,例如,图中R1不在环内,但是,当R1 时，反馈对Rif几乎没有影响。,2022年11月28日9时6分,7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响,2. 对输出电阻的影响,电压负反馈,2022年11月28日9时6分,2. 对输出电阻的影响,闭环输出电阻,电压负反馈,而 Xid= - Xf= - FvT,忽略反馈网络对iT的分流,所以,引入电压负反馈后，输出电阻减小了。,2022年11月28日9时6分,7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响,2. 对输出电阻的影响,电流负反馈,闭环输出电阻,引入电流负反馈后，输出电阻增大了。,注意: 反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不

18、产生影响。,2022年11月28日9时6分,负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。,串联负反馈 ,并联负反馈 ,电压负反馈 ,电流负反馈 ,特别注意表7.4.1（P.349）的内容,增大输入电阻,减小输入电阻,减小输出电阻，稳定输出电压,增大输出电阻，稳定输出电流,7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响,2022年11月28日9时6分,7.5 深度负反馈条件下的近似计算,1. 深度负反馈的特点,2. 举例,2022年11月28日9时6分,1. 深度负反馈的特点,即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关,由于,则,又因为,代入上式,得,（也常写为 xf

19、 xi）,净输入量近似等于零,由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚”的概念,输入量近似等于反馈量,（xid 0 ）,2022年11月28日9时6分,1. 深度负反馈的特点,串联负反馈，输入端电压求和,深度负反馈条件下 xid= xi - xf 0,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈，输入端电流求和,vid= iid ri 0,2022年11月28日9时6分,2. 举例,电压串联负反馈,反馈系数,实际上该电路就是第2章介绍的同相比例放大电路，该结果与第2章所得结构相同,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环增益（就是闭环电压增益）,202

20、2年11月28日9时6分,2. 举例 (例7.5.1),电压串联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环电压增益表达式。,解：,根据虚短、虚断,闭环电压增益,2022年11月28日9时6分,2. 举例 (例7.5.4),电流并联负反馈,设电路满足深度负反馈条件，试写出该电路的闭环增益和闭环电压增益表达式及输入电阻。,解：,根据虚短、虚断,闭环增益,所以闭环电压增益,输入电阻：,又因为,2022年11月28日9时6分,解:（3）,闭环增益,例7.5.5 （3）求大环反馈的闭环增益的近似表达式（4）定性分析电路的输入电阻和输出电阻。,电压并联负反馈,根据虚短、虚断,0V,2. 举例,(

21、A07403),输入电阻,输出电阻,2022年11月28日9时6分,7.6 负反馈放大电路设计,7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤,7.6.2 设计举例,2022年11月28日9时6分,7.6.1 设计负反馈放大电路的一般步骤,1. 选定需要的反馈类型,2. 确定反馈系数的大小,（1）根据信号源性质选择串联负反馈或并联负反馈。,（2）根据对输出信号的要求，选择电压负反馈或电流负反馈。,（3）根据对信号变换的要求（V-V、V-I、I-V、I-I ），选择不同的组态。,深度负反馈时,（4）若要考虑稳定静态工作点，则要引入直流负反馈。,2022年11月28日9时6分,7.6.1 设计负反馈放大

22、电路的一般步骤,3. 适当选择反馈网络中的电阻阻值,4. 通过仿真分析，检验设计是否满足要求,尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应,串联负反馈中，反馈网络输出端的等效电阻要小；并联负反馈中，反馈网络输出端的等效电阻要大；电压负反馈中，反馈网络输入端的等效电阻要大；电流负反馈中，反馈网络输入端的等效电阻要小。,2022年11月28日9时6分,7.6.2 设计举例,例7.6.2 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。,解:,驱

23、动电路需要将电压vs转换为电流io1,选用电流串联负反馈电路,2022年11月28日9时6分,解:,选用电流串联负反馈电路,所以 Rf=1k,又因为根据虚断有,深度负反馈时,7.6.2 设计举例,例7.6.2 设计一个带负反馈的光电隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。,2022年11月28日9时6分,解:,仿真电路,io1与vs的呈线性关系， io1=10-3vs，放大电路满足设计要求。,7.6.2 设计举例,例7.6.2 设计一个带负反馈的光电

24、隔离器的驱动电路。设vs的变化范围为05V，内阻Rs=500。要求LED的io1=10-3vs(A)。已知运放的Avo=104，Ri=5k，Ro=100。设计后仿真检验发光二极管的电流。,2022年11月28日9时6分,7.7 负反馈放大电路的频率响应,7.7.2 增益一带宽积,7.7.1 频率响应的一般表达式,2022年11月28日9时6分,7.7.1 频率响应的一般表达式,基本放大电路的高频响应,为基本放大电路通带增益,设反馈网络为纯阻网络，根据闭环增益表达式有,为开环上限频率,2022年11月28日9时6分,7.7.1 频率响应的一般表达式,通带闭环增益,其中,同理可得,闭环上限频率,比

25、开环时减小了,闭环下限频率,引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了。,由上式可知，中频闭环增益是中频开环增益的倍，但闭环增益的上限频率增加到了开环时的倍。,2022年11月28日9时6分,7.7.1 频率响应的一般表达式,例7.7.1的波特图,引入负反馈后，闭环增益下降但通频带变宽，二者变化的程度均与反馈深度有关。负反馈越深，闭环增益下降得越多，而通频带则越宽。,2022年11月28日9时6分,7.7.2 增益一带宽积,放大电路的增益-带宽积AfH,闭环增益-带宽积,开环增益-带宽积,放大电路的增益-带宽积近似是一个常数,BWfH,2022年11月28日9时6分,7.8 负反馈放大电路的稳定性,

26、7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件,2022年11月28日9时6分,7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件,1. 自激振荡现象,在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。,2. 产生原因,在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。,2022年11月28日9时6分,7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件,3. 自激振荡条件,自激振荡,反馈深度,即,又,得自激振荡条件,幅值条件,相位条件（附加相移）,注：输入端求和的相位（-1）不包含在内,闭环增益,2022年11月28日9时6分,7.8.1

27、 自激振荡及稳定工作的条件,4. 稳定工作条件,破坏自激振荡条件,当反馈网络为纯电阻网络时， f = 0。,其中,Gm幅值裕度，一般要求Gm - 10dB,m相位裕度，一般要求m 45,（保证可靠稳定，留有余地）,写成等式，且幅值用分贝数表示时,2022年11月28日9时6分,7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件,用波特图表示,或,Gm -10dB 或 m 45,4. 稳定工作条件,2022年11月28日9时6分,7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件,5. 负反馈放大电路稳定性分析,环路增益的幅频响应写为,利用波特图分析,即该点满足,2022年11月28日9时6分,7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件,判断稳定性方法,若P点在 水平线之下，稳定；否则不稳定。,或,5. 负反馈放大电路稳定性分析,2022年11月28日9时6分,基本放大电,基本放大,反馈深度越深，越容易自激。,7.8.1 自激振荡及稳定工作的条件,5. 负反馈放大电路稳定性分析,2022年11月28日9时6分,本章习题,7.1.17.1.27.3.37.5.2,